60000字硕士毕业论文机械臂仿真系统开发及算法仿真实验

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：60000字

论点：机器人,运动学,算法

论文概述：

本文在对国内外机械臂运动学研究作了充分了解的基础上，首先将机械臂运动学算法研究的意义及现状作了归纳，并对目前串联机械臂运动学研究思想作了一定的总结，同时也对其研究发展方向

论文正文：

第1章简介

1.1可重构模块化机器人简介
随着机器人越来越广泛地应用于人们的生产和生活中，工人们渴望看到机器人系统的多样化应用效果，同时简化机器人的创造和构造，降低机器人的设计和制造成本，同时满足机器人性能和结构的多样性。因此，可重构机器人的概念研究在机器人学研究领域得到了发展。可重构机器人实际上是机器人的一般化，也就是说，通过模块化，机器人的各个部件逐渐变得独立和通用，类似于机械制造中的标准部件。这将使机器人逐渐由模块组成，这些模块可以相互组装，并在软件编程中具有灵活的组合。模块化和自重构这一概念的提出，已经在现代工业和特殊应用领域的研究中引起了很大的反响。早在20世纪80年代，由于相关制造业的快速发展，模块化的概念得到了进一步的探索，并设计了相应的模块化机器人控制系统。在此期间，几个模块化机器人被相应地开发和创造出来。随着机器人在人们日常生活中的应用逐渐扩大，机器人也在非制造领域占据一席之地，尤其是考虑到非制造领域任务的复杂性和周围环境，对这种工作机器人的相应需求将会更大。本质上，以下特征是模块化机器人的发展要求:
(1)。如何找到一种方便有效地进行机器人构型设计并帮助机器人实现自重构的机械结构研究与设计方法，是非常关键的一部分。相应地，其结构研究和构建方法主要体现在以下几个方面:首先，需要构建一种合适的方法来描述机器人的结构和形状系统；第二是判断配置的标准。最终目标是优化现有的开发方法，以获得能够顺利执行工作任务的最合适的结构形状。最佳设计的评估标准必须根据需要满足的工作任务来设置。
(2)基本单元的开发与设计可重构机器人的基本单元是具有多种类型的单个模块。根据不同的任务目标，会有不同的单元和性能差异，但它们必须满足以下目标:单元需要满足配置目标的结构要求；该装置能够独立分析、计算和操作。该单元与机器人的单元或其他部分实现数据的分层交换。单位必须具备满足工作任务的物理特征。在任务能够成功完成的情况下，单元的每个参数都需要尽可能高效。该单元具有一定的灵活性，需要有一定的误差分析能力。
(3)单元整体运动、动态特性和控制系统的发展当可重构机器人的结构形状特性发生变化时，单元的运动和动态条件将不可避免地随之变化。一般来说，基于对一些具有特殊结构特征的传统机器人的研究，运动学或动力学的研究不适用于具有共同结构特征的机器人。因此，有必要构建一些涵盖各种结构形态的常用研究方法。这也是本文的研究工作之一。
(4)系统的总体结构和功能满足机器人设计的需要。机器人被广泛使用的原因是因为它们灵活的特性。因此，可重构机器人的开发和设计必须实现恒定和可变的功能特性，也就是说，整个系统可以通过几个固有单元在一定范围内变换其结构和功能特性，并根据实际任务目标环境的不同要求实现和满足相应的任务功能。机器人可以有效地构造以满足不同任务目标和配置的要求，同时，模块的数量和类型可以保证尽可能少。尽可能少地编辑和修改控制系统；组合后，整个系统必须能够立即工作并成功完成任务。模块化可重构机器人系统的研究主要集中在以下几个方面:
1)模块的功能和结构。基本单元组合或分离后，无法保证各功能特性的独立性，或者分拣系统混乱，无法正常工作，需要高度重视。不同单元之间的数据信息的输入和输出、模块关节的运动特性以及具有不同结构特性的单元所面临的不同约束和限制通过某些方法进行了预先区分，这是这方面要考虑的主要问题。
2)目标结构的定义和组成。目标配置的自动生成、基本单元之间的信息交换以及基本单元与其他单元之间的通信是非常重要的研究方向。
3)运动学算法研究。理论上，模块化机器人模型通常不会在分析和研究期间对其动力学进行单独研究。当空系统的属性需要在整个系统中加权时，或者当在研究过程中必须考虑运行速度时，需要仔细考虑运动学和动力学问题。
4)信息读取和存储。主要内容是如何实现相关数据信息的输入和输出，如何融合单元组合后的独立数据信息，以及单元之间发生冲突时如何消除和协调。为了实现机器人的重构，控制软件的核心部分——算法，也必须能够自动调整和生成。如果能够开发出适合实时在线控制的模块化软件和仿真系统，无疑将具有很高的学术价值和实际应用价值。该模块化算法和软件系统的成功开发可以提高机器人的定位精度，减少计算时间。它可以对不同的任务和操作环境进行离线仿真。它可以广泛应用于各个行业的工业机器人，最近成为研究热点的Tai 空机器人和连续机器人，极大地拓展了可重构模块化机器人的应用范围。同时，它可以为空机制的基础理论研究乃至生物学中蛋白质多肽链的研究提供新的思路，具有非常明显的应用潜力。

1.2仿真的构成及其实际效果
仿真的本质是提取现实中的一些基本属性，将其抽象出来，并移植到相应的平台上。在分离的平台上，研究人员结合构建的模型系统进行适当的实验。在此过程中，他们研究和分析了有价值的数据信息，将研究结果应用于现实，并对现实中的实际问题采取了尝试性和实验性的解决方案。也可以理解，“模拟”技术只是对现实的反对。

1.3框架结构和基本内容……10-11
第二章串联机械手的一般运动学……11-18
2.1概述……11
2.2机械手通用运动学算法的研究与开发……11-13
2.3机械手的运动学基础……13-16
2.4概述……16-18
第三章五自由度机械手运动学模型……18-30 [/BR/] 3.1概述……18[/比尔/] 3.2五自由度通用运动学模型……18-20
3.3机械手的正向解决方案……20
3.4通用逆解算法……20-24
3.5基于格罗布纳的算法……24-29
3.6总结……29-30
第四章机械手三维仿真系统开发及算法仿真实验……30-57
4.1发展平台……30-33
4.2用户界面-数据输入和输出……33-35
4.3机械手图像模型……35-39
4.4操作演示……39-42
4.5建立最优解选择机制算法仿真实验……42-43
4.6三配置机械手……43-49
4.7算法比较……49-56
4.8概述……56-57

结论

在深入了解国内外机械臂运动学研究的基础上，首先总结了机械臂运动学算法研究的意义和现状，并对当前串行机械臂运动学的研究思路进行了一定的总结，同时给出了自己对研究发展方向的认识。本文的一些有价值的研究成果如下:首先，建立了五自由度运动学模型及其通用求解算法；其次，构建了图像模型，并进行相应的算法和图像仿真。仿真结果与理论模型一致，证明了本文建立的算法模型的正确性。MAPLE与Visual C++平台和openGL图形库相结合建立的运动仿真系统在机械臂功能测试环节中起着非常重要的作用。具体表现如下:
1。对现有的机械臂运动学研究算法进行了综合分析和分类。根据对当前研究现状的理解，运动学算法分为消去法、数值迭代法、渐近法、基于遗传算法的方法、神经网络方法等。以获得类似的分析溶液。解释了它们的优缺点。
2。通过建立五自由度机械手的运动学模型，为求解高自由度机械手的正反向运动学奠定了基础。
3。使用该算法求解正向和反向运动学。结合实例，验证了算法的可行性。同时，通过比较，得出了基于Groebner方法在一般求解思路上的优势。虽然迭代算法在运动学求解中存在一些缺陷，但作为一种可以覆盖任何构型的五自由度运动学算法，它的作用不容忽视。
4。在视窗平台上，利用Visual C++和openGL图形库，建立了五自由度机械手运动学的三维图像模型。为在视觉环境中直观显示机械手的运动学关系和轨迹规划提供了一种更有效的方法，有助于机械手运动学的教学和推广。结合openGL图形库卓越的图像渲染和高精度仿真能力，运动学研究的仿真将变得更加直观。

参考

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